Diodi in parallelo

Una buona parte degli elettronici, alla domanda se è possibile usare diodi in parallelo, risponderà, scandalizzata, che è impossibile, è una pessima idea, è una assurdità, ecc.
Forse, inserendo una resistenza in serie ad ogni diodo la cosa può essere discussa, ma resta sempre una idea balzana.

Nelle FAQ, un costruttore di semiconduttori dice:"Non è consigliabile collegare due diodi in parallelo. Ogni diodo ha una tensione diretta leggermente diversa; anche i diodi con lo stesso codice non sono perfettamente abbinati. Se due diodi sono collegati in parallelo, quello con la caduta di tensione più bassa condurrà la maggior parte della corrente. Nei progetti ad alta corrente in cui le correnti nominali dei diodi possono rappresentare un problema, utilizzare diodi con una corrente nominale più elevata invece di collegare più diodi in parallelo".

Cosa si oppone, dunque, al collegamento di diodi in parallelo?
Essenzialmente le considerazioni relative alla curva di conduzione che non può essere identica per i due diodi. L'impatto della forward voltage dispersion e gli effetti termici sono gli elementi chiave.
Sicuramente il problema del calore rispetto alla conduzione è l'elemento più noto. Tutte le critiche al parallelo di diodi si basano sul fatto che, con l'aumento della temperatura, il diodo riduce la sua resistenza diretta e quindi tende ad assorbire una corrente maggiore. Questo provoca un thermal runaway : in una coppia di diodi in parallelo, se uno dei due elementi presenta una curva di conduzione diversa dall'altro, uno dei due condurrà più dell'altro. Con questo, aumenterà la sua temperatura, con un aumento della corrente; se la temperatura dei diodi è diversa, in breve il diodo andrà fuori servizio.

Trascuriamo il caso dei diodi SiC, che, avendo coefficienti Tc e Vf positivi, presentano il minor problema nella connessione in parallelo.

Invece, consideriamo quanto afferma un altro grosso costruttore di semiconduttori che, in una sua AN, dice:"L'uso di diodi in parallelo è comune nella progettazione dell'elettronica di potenza".
E, se non fosse così, un elevato numero di alimentatori switch mode non potrebbe  funzionare e, probabilmente tra questi, anche quello che c'è nel vostro PC.
Invece, funzionano!

Vediamo alcuni esempi.

Questo è comune in un gran numero di alimentatori switch mode e non solo. Alcuni tra i tanti schemi reperibili in rete:

E' quanto mai comune anche il parallelo di due doppi diodi. Alcune foto di implementazioni pratiche:

Alcune viste del lato saldature. Non ci sono resistenze in serie ai diodi delle coppie.

	Lato saldature: sono evidenziate le coppie di doppi diodi in parallelo.+
	Altro esempio di coppie di doppi diodi in parallelo.

Il parallelo di doppi diodi è comune anche per più di un package: si possono trovare paralleli di 3, 4 o più elementi doppi

Tre doppi diodi in parallelo. Osserviamo che si tratta sempre di elementi in TO220 che si prestano bene ad essere collegati alla stessa aletta di raffreddamento in modo da avere la temperatura quanto più possibile simile.

Se il parallelo di diodi Schottky è ritenuto meno critico dei comuni diodi al silicio, il parallelo viene effettuato anche per i ponti raddrizzatori sul lato ca, sopratutto in alimentaro da 500W in su, come vediamo nelle immagini qui sotto.

Di questi esempi se ne possono portare a centinaia, ma pensiamo che siano sufficienti per dimostrare una certa divergenza tra teoria e pratica.

Nonostante l'opposizione della teoria, diodi in parallelo sono un fatto comune, non solo in alimentatori low-end, ma anche in prodotti di grossi brand e perfino di costruttori di semiconduttori.

Quanto detto all'inizio contro il parallelo di diodi presuppone che i diodi abbiano parametri sufficientemente diversi e stiano a diversa temperatura.

Il primo punto potrebbe essere minimizzato dal fatto che, se usiamo diodi della stessa serie e lotto produttivo, avremo poche possibilità che i due elementi siano troppo diversi.

Il secondo punto viene minimizzato dal collegare termicamente i diodi strettamente uno all'altro, come vediamo in tutti gli esempi precedenti. Se uno dei componenti scalda più dell'altro, la temperatura risulta condivisa e si finisce per arrivare ad un equilibrio che impedisce il thermal runaway.

Ci si può chiedere perchè collegare diodi in parallelo.
Se la corrente di carico è maggiore della corrente nominale di un singolo diodo, la soluzione che parrebbe più semplice è quella di scegliere un semiconduttore cha abbia le caratteristiche adeguate.

Per contro, ci sono almeno tre punti da considerare:
- il costo: un elemento che porti una corrente maggiore, dove disponibile, avrà un costo decisamente più elevato.
- le dimensioni: il case dovrà essere proporzionato alla maggiore dissipazione di potenza e può essere difficoltoso trovargli un posto adeguato nel circuito.
- la dissipazione del calore: più package in parallelo consento una riduzione della temperatura rispetto ad un unico package. Con il parallelo di due doppi diodi, le resistenze termiche tra giunzione e dissipatore si trovano anche loro in parallelo e vengono dimezzate: i componenti dissipano meglio il calore.

Sostanzialmente, il parallelo di diodi consente di ottenere correnti maggiori e riduzione del calore.

Questo punto è utilizzato ampiamente negli alimentatori PC zero-noise, ovvero senza ventola di raffreddamento. 
Fondamentalmente, va notato che la maggior parte del calore viene dissipata non tanto dai transistor dello switch quanto dai diodi di raddrizzamento. Per ridurre questo effetto, che, assieme a dissipatori ben disegnati,  nel raddrizzamento finale vengono usati numerosi diodi in parallelo, anche 4 coppie di TO247, col risultato di avere una minore produzione di calore in quanto la corrente si distribuisce su molti rami, ognuno dei quali ha un proprio contatto con il dissipatore..

Conclusione.

Comunque la pensiate, se pure le obiezioni al parallelo di diodi siano teoricamente corrette, nei fatti questa pratica è quanto mai presente; grandi nomi dell'elettronica e costruttori di semiconduttori non esitano ad applicare diodi i parallelo nei loro progetti. Sono tutti incompetenti?

Sono reali le obiezioni relative alla leakage current (la corrente di perdita del diodo), che aumenta con il numero degli elementi in parallelo. O la capacità, che pure aumenta. Ma si tratta di due elementi del tutto trascurabili nelle applicazioni di potenza.

La conclusione è che i teorici continueranno a imprecare contro i diodi in parallelo, mentre attorno a loro milioni di alimentatori funzionano con diodi in parallelo. Può non piacere, ma è così.

• Serial and parallel combinations of diodes: equivalence formulae and their domain of validity - Université de Haute-Alsace
• Parallel operation of power rectifiers - ST  - AN 599 
• Parallel operation of power rectifiers - ST  - DSA631252  
• The thermal runaway law in schottky - ST - AN1542 
• Current sharing in parallel diodes - ST - AN4381 
• Parallel Schottkys as secondary rectifiers in flyback adapter - Nexperia - AN11358
• Basics of Ideal Diodes - Texas - SLVAE57b